简易Mie散射数值计算方法的研究

在回顾光散射理论发展史的基础上,分析了常规Mie散射计算实现过程中的问题,并论述一种改进的简易Mie散射数值计算方法。参照科学记数法定义了一种“EDecimal”类型的数据结构及其基本数学运算和三角函数运算。采用动态链表技术实现了高效的C++ Mie散射计算程序。该程序不仅可以用来处理极端条件下的Mie散射计算,而且显著降低了算法的时间复杂度,提高了执行效率。与相同精度要求下采用Wiscombe编写的MIEV0程序的计算结果进行了比较,并指出此程序精确可靠。     

基于Mie光散射理论的尾流气泡前向散射光特性研究

实验中利用CMOS图像传感器代替传统的光电探测器接受前向散射光,由几何光学和图像处理分析得出不同散射角的散射光与采集图像中的光环相对应.通过计算各个光环的所有像素值的总和就可以得到前向散射光光强的相对值,进而可以得出前向散射光光强变化规律.根据米氏（Mie）光散射理论可以计算出气泡各个方向的散射光光强,通过比较实验结果和Mie理论计算结果可以看出,采用CMOS图像传感器探测和图像处理技术可以准确地得出散射光强度的变化规律.     

相对折射率趋近于1的颗粒Mie散射与反常衍射的分析比较

利用Ｍｉｅ散射与反常衍射理论的数值计算，对球形颗粒Ｍｉｅ散射和反常衍射作了大量详细的计算和分析比较，提出了相对折射率趋近于１的颗粒的反常衍射近似替代Ｍｉｅ散射的判据。     

多次散射的分级计算及数值模拟

本文改进了多次散射的计算方法并提出了一个引理,经简化的数值模拟其结果与巳发表的实验数据相吻合.     

相对湿度对大气气溶胶消光系数的影响

消光系数是气溶胶颗粒物光学性质的关键参数之一。基于Mie散射理论和气溶胶颗粒粒径及折射率的湿度增长模型,本文详细研究了气溶胶吸湿性对其消光系数的影响。计算结果表明:当入射光波长为808nm、相对湿度在60%~95%之间增加时,因颗粒粒径的增长及折射率的减小,导致颗粒物消光系数曲线右移且其波动性更加明显;而对于同一球形颗粒,小粒径颗粒的消光系数随相对湿度的增加呈指数规律增大,较大粒径颗粒的则表现为波动减小趋势。此外,在不同入射光条件下,小颗粒消光系数与相对湿度之间的关系保持不变。本文的计算结果对气溶胶光学性质与大气环境质量的研究具有一定的参考价值。     

双球聚集粒子辐射特性分析

基于广义Mie理论求解方法(GMM),考虑单元粒子之间的相互作用,计算了不同尺度参数不同间距的双球聚集粒子的衰减因子、散射因子等辐射特性参数,同时分析了双球聚集粒子与不考虑相互作用计算所得的辐射特性差异,分析结果表明:考虑相互作用与不考虑相互作用计算所得的双球聚集粒子的辐射特性存在着一定的差别,这种差别随粒子间距、尺度参数的变化而变化,最大偏差达30%左右.     

Mie理论在生物组织散射特性分析中的应用

根据等效颗粒散射模型，运用经典的Mie理论，对生物组织的散射相函数、各向异性因子及散射系数进行了数值计算.计算结果表明：可见光照射生物组织时，各向异性因子、散射系数随等效颗粒直径增大而增大；等效颗粒直径较小时，各向异性因子、散射系数随入射光波长增大而单调减小；随着等效颗粒直径增大，各向异性因子、散射系数随入射光波长变化不再具有单调性.上述计算结果可合理解释公布的实验结果. 关键词： 生物组织 散射 Mie理论 等效颗粒     

煤粉燃烧颗粒粒子云辐射特性的研究

分析了在560nm的测量波长处煤粉炉中炭粒和飞灰粒子云的辐射特性。利用Mie理论,分别计算了燃烧器出口和炉膛的上部颗粒粒子云的辐射特性,发现在燃烧器出口区,炭粒对颗粒总体辐射减弱系数的影响较大,占90%以上;而在炉膛的上部,飞灰的影响较大。从数值计算结果中可以看出,飞灰粒子云的散射率高达91.6%,其对辐射的散射作用比吸收更强,而炭粒子的散射率仅为50%。     

涂层的热红外发射率计算模型

根据Kubelka-Munk 模型和Mie散射理论,解出了涂覆在高发射率衬底上的红外涂层里的辐射传输方程（RTE）,建立了涂层在热红外（8～14 μm）波段的发射率的计算模型.在运用铝粉粒子作为颜料粒子的情况下,根据计算结果,得出了涂层发射率与粒子半径、涂层厚度的关系,以及最优的粒子半径范围.     

Mie光散射理论的数值计算方法

Mie散射级数的计算速度和精度对颗粒测量结果有着重要的影响。针对不同颗粒直径和相对折射率，一般采用前向递推，后向递推，连分式法等计算Mie散射级数。在这3种方法的基础上提出一种改进算法，即首先通过连分式法计算Mie散射级数的初始值，然后后向递推其余各值。该算法在Matlab中实现时，数据以数组的数据类型存储和调用，程序采用递归算法。通过比较计算结果发现，该算法耗时短且结果不易溢出，具有快速、稳定、不受颗粒直径和折射率范围影响等优点。     

Mie散射物理量的数值计算

介绍Ｍｉｅ散射物理量，如振幅函数，强度函数，偏振度，散射系数，消光系数和吸收系数等的数值计算法，给出这一算法的计算公式和运行时间，并与其它Ｍｉｅ散射物理量计算算法进行比较。     

Direct recursion of the ratio of Bessel functions with applications to Mie scattering calculations

The primary goal of this paper is to describe a method to directly calculate the ratios between the Bessel functions of the first and second kind. This new method is introduced and discussed under the context of Mie scattering calculations. Past work on Mie calculations has mostly relied on calculating the Bessel functions separately, then taking the ratio. This technique fails when the order of the functions becomes appreciably larger than the argument. To solve this problem, we developed a stable method to directly calculate the ratio. When applied to Mie scattering calculations, the new method improves the control of the desired accuracy and enables calculations with higher precision. Since many other wave propagation problems also involve the ratios of Bessel functions and our method provides reliable and accurate calculations over a wide range of conditions, we expect it to find applications beyond Mie calculations.     

蒙特卡罗方法对各向异性介质辐射特性的模拟

本文提出一种计算含微粒半透明介质辐射特性的蒙特卡罗方法，考虑了微粒群的独立多次散射，直接用米氏相函数考虑微粒的各向异性性质，计算了含微粒层的双向反射率与双向透射率。与实验数据和离散座标法的计算结果比较，吻合良好。     

Light-scattering cross section as a function of pair distribution density

This paper presents a simple method of approximation for calculating the scattering cross section for a random orientated convex particle illuminated by a non polarized electromagnetic wave. This method is proved efficient for sphere and spheroids as the scattering efficiency is smaller than one and as the material is optically either soft or hard.     

Mie散射向前递推连分式算法及其数值模拟

提出了一种新的Mie散射算法。针对Mie散射系数计算中直接递推所存在的数据溢出问题,对散射系数的递推公式进行改进,以连分式形式进行计算,将两个关键函数分别向前递推,避免了直接计算时贝塞尔函数值超出计算机最大数据限而造成的数据溢出问题。利用Matlab编程,分别计算了不同粒径参数和不同折射率情况下的散射光强分布,并对两种算法的模拟结果进行了分析比较。结果表明,在两种算法都有效的范围内这两种算法的计算结果完全相符,而改进的向前递推连分式算法用一个变量循环叠代就能完成连分式的计算,展宽了使用范围,不仅能够计算超大粒径参数散射,而且算法对折射率虚部没有任何限制。     

Electromagnetic transparency and slow light in an isotropic 3D optical metamaterial, due to Fano-like coupling of Mie resonances in excitonic nano-sphere inclusions

A three dimensional isotropic metamaterial is proposed and theoretically studied, which is composed of excitonic spherical nanoparticles in a dielectric host and exhibits electromagnetic transparency and slow light effects in optical regime. The approach is different from the conventional methods of realizing classical Electromagnetically Induced Transparency (EIT) or plasmon induced transparency effects, which are usually based on the interaction of dark and bright states of the medium plasmonic constituents. Instead, it is based on the Fano-like coupling of Mie resonances in the spherical inclusions, resulting from sharp and strong excitonic resonance of the particles. Using the Extended Maxwell Garnett effective medium approximation for calculating the effective electromagnetic parameters of the proposed metamaterial structure, it is shown that EIT-like effects can be produced, such as steep normal dispersion profiles within narrow transparency windows, resulting in high values of group index of refraction on the order of several thousands and figure of merit values around 10, near the excitonic resonance of the nanoparticle inclusions in UV region.     

硅片表面球形粒子散射研究

为求解硅片表面微小粒子在任意线偏振平面入射光照射下的散射光光强分布,选择了基于Mie散射的杨氏模型为依据,推导了该模型下散射光强空间分布的计算方法,并给出了0.54 μm球形粒子在垂直、倾斜入射下光强空间分布的模拟计算结果，以及入射平面第一象限内散射光强与国外已发表实验结果的比较.     

尘埃粒子计数器中光源对传感器光通量的影响分析

在Mie散射理论基础上，由单分散射的光强表达式导出在偏振光的入射条件下一定立体角内的散射光通量的表达式，并与自然光入射作比较。计算了在相同强度不同光源入射下，尘埃粒子计数器的两种常用散射光收集系统收集的散射光通量。结果表明：采用近前向散射光收集系统得到的光通量相等；而采用直角方向散射光收集系统时两者并不相等，且在平面偏振光入射时，收集的散射光通量还跟探测器中心与入射光偏振方向夹角有关。用MATLAB编程计算，得出了在探测器中心与偏振方向的夹角成90°或270°位置时，收集的散射光通量有极值的结论，为激光尘埃计数器传感器光学设计提供了依据。